Industria Petroquimica - Processos Petroquimicos e Aplicações da Nafta

INDÚSTRIA PETROQUÍMICA AULA 6 Processos Petroquímicos Parte 1 PROCESSOS PETROQUÍMICOS Refinaria Petróleo Nafta Petroquímica 1ª Geração Nafta Monômeros Petroquímica 2ª Geração Monômeros Polímeros Petroquímica 3ª Geração Polímeros Produtos NAFTA PETROQUÍMICA Frações de petróleo obtidas a partir da nafta de destilação direta dos tipos leve média ou pesada e destinadas a indústria petroquímica São utilizadas em processos de obtenção de diversos insumos para produção de plásticos borrachas corantes e outros produtos PROCESSOS PETROQUÍMICOS Petróleo GN Etano Propano GLP Nafta Gasóleo Querosene Outros Primeira geração petroquímica Eteno Propeno Outras olefinas leves BTX Outros Segunda geração petroquímica PE Polietileno PP Polipropileno Outros polímeros Terceira geração petroquímica Mercado Produtos petroquímicos não poliméricos Mercado PROCESSOS PETROQUÍMICOS Principais matériasprimas da indústria petroquímica PROCESSOS PETROQUÍMICOS Complexos petroquímicos PROCESSOS PETROQUÍMICOS Aplicação de nafta petroquímica em processos Pirólise reforma térmica por vapor de água para produção de eteno e propeno para esse processo são desejadas naftas com elevados teores de parafínicos acima de 75 para facilitar o craqueamento normalmente ocorre em temperaturas acima de 700 C e pressões menores que 200 kPa Reforma catalítica transformação da nafta em compostos aromáticos por um conjunto de reações de desidrogenação e ciclização quanto mais HC saturados com seis ou mais átomos de carbono houver na nafta maior será o rendimento de aromáticos PROCESSOS PETROQUÍMICOS Processo de pirólise Reações em fase gasosa a altas temperaturas muito endotérmicas que acontecem em serpentinas tubulares ou fornos Principais características da reação de pirólise Altas temperaturas Baixa pressão parcial dos hidrocarbonetos Baixo tempo de residência Rápido resfriamento da mistura reacional Alta integração energética Processos de separação e purificação PROCESSOS PETROQUÍMICOS Reações globais de craqueamento de etano e propano 𝐶2𝐻6 𝐶2𝐻4 𝐻2 𝐶3𝐻8 𝐶2𝐻4 𝐶𝐻4 𝐶3𝐻8 𝐶3𝐻6 𝐻2 PROCESSOS PETROQUÍMICOS Hidrocarbonetos leves presentes nos produtos de craqueamento PIRÓLISE DE CARGAS GASOSAS Vapor dágua Etanopropano Área quente Pirólise Trocador da linha de transferência TLE Quench com água Compressão e remoção de gás ácido Área de compressão Desidratação do gás Separação criogênica de H2 Hidrogênio Teor de 95 Reciclo C2 C3 Desmetanização CH4 gás residual Teor de 95 Área fria Desetanização Hidrogenação de acetileno Fracionadora C2 Eteno Teor de 999 Etano Despropanização Hidrogenação de propadieno Fracionadora C3 Propeno Teor de 999 Propano Desbutanização Corte C4 Nafta de pirólise PIRÓLISE DE CARGAS LÍQUIDAS Área quente Nafta gasóleo Pirólise I Trocador da linha de transferência TLE Quench com óleo Fracionamento primário Quench com água Compressão e remoção de gás ácido Área de compressão Desidratação do gás Pirólise II Trocador da linha de transferência TLE Separação criogênica de H2 Hidrogênio Teor de 95 molar Área fria Desetanização Hidrogenação de acetileno Fracionadora C2 Eteno Teor de 999 molar Desmetanização CH4 gás residual Teor de 95 molar Etano Despropanização Hidrogenação de propadieno Fracionadora C3 Propeno Teor de 999 molar Propano Desbutanização Corte C4 Extração Butadieno Alquilação MTBEETBE Nafta de pirólise Corte C5 Extração Isopreno Butenos Hidrotratamento de nafta Fracionamento de nafta Rafiando C5 Hidrotratamento do corte C6 C8 Corte C6 C8 para complexo de aromáticos Corte C9 PROCESSOS PETROQUÍMICOS Variáveis de processo nos fornos de pirólise Objetivo Maximizar a formação de olefinas Reduzir a formação de coque Manter um tempo de campanha dos fornos adequado PROCESSOS PETROQUÍMICOS Variáveis de processo nos fornos de pirólise Prinicipais parâmetros 1 Qualidade da carga 2 Pressão parcial dos hidrocarbonetos 3 Razão de dilução vaporHC 4 Tempo de residência 5 Perfil de temperatura na serpentina do forno de pirólise PROCESSOS PETROQUÍMICOS 1 Qualidade da carga Disponibilidade Preço de mercado Garantia de fornecimento a longo prazo Perfil de produtos desejados PROCESSOS PETROQUÍMICOS 2 Pressão parcial dos hidrocarbonetos e razão de diluição HCvapor Com o craqueamento das molécula de HC aumenta o número de mols presentes no forno reator e a redução da pressão parcial dos HC favorece essas reações A redução da pressão também diminui as reações de condensação que geram produtos pesados A pressão na saída da serpentina deve ser a menor possível PROCESSOS PETROQUÍMICOS 2 Pressão parcial dos hidrocarbonetos e razão de diluição vaporHC A injeção de vapor favorece as reações de craqueamento pois Diminui a pressão parcial dos HC Diminui reações secundárias Aumenta o rendimento em eteno Diminui a deposição de coque Razão de diluição típica 03 a 10 PROCESSOS PETROQUÍMICOS 3 Tempo de residência Ao longo da serpentina de radiação existe um gradiente térmico Os queimadores são dimensionados para ocorra o aumento de temperatura e fornecimento da energia necessária para as reações altamente endotérmicas Tempo de residência tempo equivalente requerido em um reator isotérmico que opera à temperatura de saída da serpentina e que obteria o mesmo grau de conversão COT coil outlet temperature PROCESSOS PETROQUÍMICOS 3 Tempo de residência O tempo de residência varia em função da vazão da carga razão de diluição e geometria da serpentina Tempo médio 01 a 06 s Quanto menor o tempo maior o rendimento em olefinas e menor formação de aromáticos e produtos pesados Limitações da diminuição dos tempos de residência necessidades de fluxos maiores de calor serpentinas mais caras e materiais metalurgicamente mais complexos PROCESSOS PETROQUÍMICOS 4 Perfil de temperatura na serpentina do forno de pirólise A escolha da temperatura e do perfil de temperaturas de radiação é escolhido para maximizar a formação de olefinas e minimizar a formação de coque O perfil de temperaturas depende da configuração da serpentina da temperatura de saída COT e da localização dos queimadores na câmara de radiação COT 750 a 950 C UNIDADES DE CRAQUEAMENTO 1 Fornos de pirólise Principal equipamento das unidades de craqueamento a vapor O craqueamento ocorre na câmara de radiação sendo que a mistura reacional passa por dentro das serpentinas Bancos de convecção recupera a energia dos gases de combustão Quanto menor for a temperatura dos gases de combustão na saída da chaminé maior será a eficiência do forno UNIDADES DE CRAQUEAMENTO Forno de pirólise com câmara dupla de radiação UNIDADES DE CRAQUEAMENTO Configuração das serpentinas dos fornos de pirólise UNIDADES DE CRAQUEAMENTO Características dos fornos de pirólise UNIDADES DE CRAQUEAMENTO 2 Trocadores de calor da linha de transferência TLE Permutadores especiais que ficam na saída da zona de radiação dos fornos de pirólise Sua principal função é interromper as reações de craqueamento para minimizar a degradação dos produtos formados Parte do calor é recuperado pois o resfriamento da mistura reacional produz vapor a alta pressão que depois pode ser superaquecido nos bancos de convecção São trocadores de calor do tipo duplo tubo sendo que os HC passam pelos tubos internos e o vapor pela região anular UNIDADES DE CRAQUEAMENTO Esquema de um TLC convencional e um TLC limear UNIDADES DE CRAQUEAMENTO 3 Área de Quench Existem quatro fluxos de líquidos recirculantes O circuito do óleo de quench O circuito de água de quench O refluxo de gasolina para a torre de óleo de quench primeira coluna de destilação O circuito de geração de vapor de diluição UNIDADES DE CRAQUEAMENTO 3 Área de Quench Após sair do TLE o efluente do forno de pirólise é misturado com um óleo pesado óleo de quench para continuar o resfriamento e interromper as reações indesejáveis Na área de quench parte do calor gasto nos fornos é recuperado gerando o vapor de diluição que é injetado nas cargas Para cargas líquidas como nafta e gasóleo são empregadas duas colunas de destilação para condensação dos produtos mais pesados e vapor de diluição UNIDADES DE CRAQUEAMENTO 3 Área de Quench Grande parte do coque produzido nos fornos é agregado ao óleo de quench e removido nos ciclones Na torre de água de quench a gasolina de pirólise condensa junto com o vapor de diluição e segue para um vaso separador de água O gasóleo e o óleo combustível são misturados formam o resíduo de pirólise ou resíduo aromático RARO A água depois de separada dos HC leves vai para uma bateria de trocadores de calor para gerar vapor de diluição UNIDADES DE CRAQUEAMENTO Área de quench de craqueamento de cargas líquidas